Hauptspeicher- Datenbanksysteme. Hardware-Entwicklungen Column- versus Row-Store...

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1 Hauptspeicher- Datenbanksysteme Hardware-Entwicklungen Column- versus Row-Store...

2 Hauptspeicher-Datenbanksysteme Disk is Tape, Tape is dead Jim Gray Die Zeit ist reif für ein Re-engineering der Datenbanksysteme Man kann heute für Euro einen Datenbankserver mit 1 TeraByte Hauptspeicher und 32 Rechenkernen kaufen

3

4 Einsatz von Hauptspeicher- Datenbanksystemen

5 Feasibility: Main Memory DBMS Amazon Data Volume Revenue: 15 billion Euro Avg. Item Price: 15 Euro 1 billion order lines per year 54 Bytes per order line 54 GB per year + additional data - compression Transaction Rate Avg: 32 orders per s Peak rate: Thousands/s + inquiries Intel Tera Scale Initiative Server with several TB main memory We just ordered one from Dell for 49 K Euro Main Memory capacity will grow faster than Customers Needs Cf. RAMcloud-project at Stanford Ousterhoud et al.

6 Leistungsengpässe: Profiling eines klassischen Datenbanksystems

7 Widerholung: Speicherhierarchie Register (L1/L2/L3) Cache Hauptspeicher Plattenspeicher Archivspeicher 7

8 Überblick: Speicherhierarchie Register Cache Hauptspeicher 1 8 Byte Compiler Byte Cache-Controller 4 64 KB Betriebssystem Plattenspeicher Archivspeicher Benutzer 8

9 Überblick: Speicherhierarchie 1-10ns Register ns Cache ns Hauptspeicher 10 ms Plattenspeicher Zugriffslücke 10 5 sec Archivspeicher 9

10 Überblick: Speicherhierarchie Kopf (1min) Raum (10 min) München (1.5h) Pluto (2 Jahre) 1-10ns Register ns Cache ns Hauptspeicher 10 ms Plattenspeicher Zugriffslücke 10 5 Andromeda (2000 Jahre) sec Archivspeicher 10

11

12

13 Row Store versus Column Store 13

14 Row Store versus Column Store 14

15 Anfragebearbeitung 15

16 Komprimierung 16

17 Datenstrukturen einer Hauptspeicher-Datenbank

18 Row-Store-Format

19 Column-Store-Format

20 Column-Store-Format (cont d)

21 Einfügeoperation eines Tupels Insert into Verkaeufe values (12, 007, 4711, 27.50)

22 Anfragen

23 Hybrides Speichermodell

24 Anfragebearbeitung

25 Anwendungsoperationen in der Datenbank: Stored Procedures

26

27 Snapshots für Anfragen Snapshot der Haupt-Datenbank OLAP OLTP Haupt-Datenbank

28 Update Staging: In vielen Systemen verwendet, zb. NewDB von SAP

29 Scan-only Datenbanken: ISAO von IBM oder Crescando von der ETHZ

30 Ursprüngliches Schattenspeicher- Verfahren: Lorie77 für IBM System R

31 Copy on Write Update aà a 2 µs

32 Snapshotting via fork-ing: Details

33 Snapshot Maintenance: copy on write

34 Fast because of Hardware-Support: MMU

35 OLAP Queries on Tx-Consistent Snapshots

36 Multiple Query Sessions

37 Synchronization-Assertions Serializability of the OLTP Transactions What else if executed serially We support full ACID à see coming slides Snapshot isolation of the OLAP queries Multi-version mixed synchronization method Several OLAP queries form one Tx = OLAP Session Bernstein, Hadzilacos, Goodman: Chapter 5.5

38 Kompaktifizierung: Motivation

39 Kompaktifizierung der Datenbank

40 Invalidierung gefrorener Datenobjekte

41 Transaktionsverwaltung: serielle Ausführung auf Partitionen

42 Snapshot used for Tx-consistent Backup

43 Logging the Transaction Processing To Storage Server via 10 Gb/s rdma Interface (e.g. Myrinet or

44 Isolation von OLAP und OLTP

45 Tentative Ausführung langer Transaktionen

46 High Availability & Load Balancing Stand-By for OLTP Active for OLAP Possible for Backup

47 A B C D E F Column-Store A B C D E F

48 Indexstrukturen für Hauptspeicher- Datenbanken Radix-Baum / Trie / Präfixbaum

49 Idee des Adaptiven Radix-Baums ART

50 Adaptive Knoten des ART-Baums

51 Join-Berechnung Cache-Lokalität Mehrkern-Parallelität NUMA-Berücksichtigung Synchronisations-freie Parallelität

52 Grundidee des hoch-parallelen Sort/ Merge-Joins

53 Bereichspartitionierung

54 Hochparallel Bereichs/Radix- Partitionierung

55 Paralleler Radix-Join

56 Mehrfache Partitionierung des Radix-Joins: Cache-Lokalität

57 Hash-Join-Teams: Globale Hashtabelle

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